Учёные совершили возможный прорыв в поисках тёмной материи, обнаружив её признаки во время эксперимента на глубине около полутора километров под землёй в Южной Дакоте, США, пишет Reuters. Однако они пока не стали утверждать, что наконец-то обнаружили этот неуловимый компонент Вселенной.
Исследователи описали взаимодействие частиц, зафиксированное в подземном исследовательском центре Сэнфорд, построенном на месте бывшего золотого рудника в районе Блэк-Хиллз, штат Южная Дакота. Учёные предполагают, что, возможно, в этом взаимодействии участвовала гипотетическая частица под названием WIMP, что является сокращением от «слабо взаимодействующая массивная частица». Это один из предполагаемых кандидатов на роль частицы тёмной материи.
Обычная материя образует звёзды, планеты, людей и всё остальное, что мы можем видеть. Но на неё приходится лишь около 15 % всей материи во Вселенной. Остальное считается тёмной материей, которая не излучает и не отражает свет, что делает её невидимой для человеческого глаза и неуловимой для телескопов. Но учёные уверены в существовании тёмной материи из-за её гравитационного воздействия в галактических масштабах.
Специалист по физике элементарных и субэлементарных частиц Сэм Эриксен (Sam Eriksen) из Бристольского университета, ведущий автор исследования, описывающего эту работу, сказал, что это «может быть первым намёком на наблюдение тёмной материи». Считается, что тёмная материя крайне редко взаимодействует с обычной материей. Продолжающийся эксперимент LUX-ZEPLIN, или LZ, в ходе которого было сделано это открытие, предназначен для регистрации таких взаимодействий и оптимизирован для поиска частиц WIMP.
В эксперименте используется 10 тонн жидкого ксенона, закачанного в детектор в виде большого цилиндрического сосуда, который находится в ведении Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики США. Исследователи ищут тёмную материю, которая рассеивается на атомах ксенона. При рассеянии частицы возникают вспышки света, по характеристикам которых можно определить, какой тип частицы взаимодействовал с ксеноном.
Во вторник на научной конференции в Японии было сделано заявление, в котором, как и в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, говорится об обнаружении взаимодействия между атомом ксенона и другой частицей, которое, судя по всему, происходило по сценарию, характерному для WIMP-частиц. По словам учёных, они, возможно, наблюдали столкновение WIMP-частицы с ядром атома ксенона, в результате которого выделилось небольшое количество энергии, вызвавшее слабую вспышку ультрафиолетового излучения, зафиксированную в ходе эксперимента. В результате столкновения ядро атома ксенона сдвинулось вперёд, что называется ядерной отдачей.
Хотя, по словам исследователей, взаимодействие происходило так, как и должно происходить при столкновении с WIMP-частицей, они отметили, что полученные данные пока не соответствуют статистическому порогу, необходимому для того, чтобы заявить об открытии тёмной материи. «Важно отметить, что, поскольку это единичный случай, мы не утверждаем, что это тёмная материя», — сказал Эриксен.
Сейчас исследователи работают над тем, чтобы исключить другие возможные объяснения. «Возможно, мы столкнулись с чем-то экстраординарным, однако, прежде чем делать выводы, мы должны провести исключительно тщательный анализ», — говорит соавтор исследования, астрофизик Элвин Камаха (Alvine Kamaha).
Учёные до сих пор не знают, какова природа тёмной материи, как не знают и природы таинственной космической силы, называемой тёмной энергией. «Каждую секунду через наши тела могут пролетать миллионы частиц тёмной материи, но почти ни одна из них никогда не вступит во взаимодействие с атомами в наших телах», — говорит Камаха.
Основная гипотеза состоит в том, что тёмная материя состоит из частиц, которые образовались в ранней Вселенной и существуют по сей день.
«Когда мы наблюдаем за галактиками и скоплениями галактик, мы видим, что они ведут себя так, как будто в них содержится гораздо больше массы, чем в видимой нам материи. Поэтому, хотя мы и не можем увидеть саму тёмную материю, мы можем наблюдать её гравитационное воздействие. Тёмную материю можно сравнить с космическим клеем, который помог сформироваться таким галактикам, как наш Млечный Путь. Без тёмной материи Вселенная развивалась бы совсем по-другому, и структуры, которые в конечном итоге привели к возникновению нашей Солнечной системы, могли бы сформироваться иначе», — говорит Камаха.
Учёные ищут тёмную материю разными способами. «Мы изучаем её гравитационное воздействие на галактики и Вселенную. Мы пытаемся получить частицы тёмной материи в ускорителях частиц. И мы проводим прямое обнаружение с помощью экспериментов, проводимых глубоко под землёй, таких как LZ, чтобы защитить их от космических лучей и других источников фонового излучения, пока мы ищем крайне редкие случаи взаимодействия частиц тёмной материи с обычной материей», — добавил Камаха.
Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про окружающая среда